5.3　超深防渗墙槽孔清孔换浆技术

5.3.1　概述

清孔换浆技术在防渗墙施工中十分重要，关系到防渗墙墙体混凝土质量和防渗效果。槽孔施工完成后，仍有许多钻渣沉淀在槽底，泥浆中也悬浮着一些细渣，导致泥浆比重增加，必须通过清孔换浆，清除沉渣，降低泥浆密度、黏度、含砂量等指标，以满足规范规定。否则将有可能导致混凝土浇筑包裹泥砂、浇筑堵管等事故[18]。

目前，国内外采用的清孔换浆方法主要有抽桶法、泵吸法和气举反循环法[19]。防渗墙施工实践表明，100m以上超深防渗墙采用抽桶法施工效率会极低，很难满足质量要求，依托冶勒、狮子坪、下坂地、泸定、旁多、黄金坪等水利水电工程防渗墙工程，进行了超深防渗墙泵吸法和气举反循环法清孔换浆技术的适应性研究和创新研究。研究结果表明，当采用液压铣槽机和冲击反循环钻机施工时，可以利用液压铣槽机和冲击反循环钻机配套的泥浆净化系统，采用泵吸法进行100m以上深度防渗墙槽孔清孔换浆工作，国外类似工程也表明了这一点；采用冲击反循环钻机施工时，由于其配套的国产砂石泵的能力问题，适宜于120m以下深度的防渗墙工程。如冶勒水电站采用了液压铣槽机泵吸法清孔换浆，狮子坪、下坂地工程采用了冲击反循环钻机泵吸法清孔换浆，但国产砂石泵和泥浆循环系统在120m以上超深防渗墙槽孔施工中，在性能和操作上表现出了诸多不足。

研究结果表明，气举反循环法体现了较高的可行性和优越性，成功实施了旁多最深实验槽201m的清孔换浆施工，并形成了成套施工工艺，成为100m以上超深防渗墙清孔换浆的首选方法。为保障清孔换浆质量，研究提出了100m以上超深防渗墙含砂量宜不大于3％，孔底淤积厚度不大于50mm，槽孔内1/3～1/2的体积宜换为新浆。

5.3.2　气举反循环清孔换浆原理

气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至混合器中，高压气与泥浆混合，在混合器和导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，此时在导管内混合器底端形成负压，混合器中的泥浆被抽出，下面的泥浆在负压的作用下不断上升补浆，从而形成流动。因为导管的内断面面积远小于导管外壁与桩壁间的环状断面面积，便形成了流速和流量很大的反循环，泥浆携带沉渣从导管内返出，排出槽孔以外，实施清孔，同时在槽孔口补充新浆，保持槽孔中泥浆的浆面不变[20-21]。其排渣原理如图5.16所示。

5.3.3　气举反循环清孔换浆工艺技术要点

（1）工艺流程。防渗墙造孔挖槽结束后，槽孔底部钻渣较厚，泥浆含砂率较高，为提高效率，可采用冲击钻机抽渣桶初步清孔，直到满足槽底泥浆含砂量不大于10％，淤积厚度不大于1m时结束。

现场试验表明，100m以上深度槽孔气举反循环清孔换浆应自上而下、分段实施，宜从槽孔深度1/2处开始逐段向下清孔，每10m为一段，达到清孔换浆标准后，开始下一段施工，直至槽底，完成整个槽孔的清孔换浆。

在槽孔中间段清孔时，每一段应从槽孔一端依次向另一端清孔；在槽孔底部清孔时，应从槽孔最深点开始，依次向高处清孔。

（2）清孔参数与主要设备机具选择。气举反循环清孔效率与沉没比、设备机具能力有关，本书结合旁多等工程，开展了现场试验研究工作，总结了主要参数和设备机具确定的原则。

1）沉没比与风管底距孔口距离。沉没比是指风管距槽孔底部的距离与槽孔深度之比，现场试验表明，防渗墙槽孔长度一般在6.6～7.0m，对于100～200m防渗墙深度范围的超深槽孔，沉没比参数宜为40％。以旁多工程为例，最大槽孔深度为158m，起始清孔换浆时槽孔深度为80m，此时风管底部距孔口深度可控制为30m，随着清孔换浆孔深加大，不同深度风管底部距孔口深度见表5.2。

2）清孔送风压力计算。清孔时所需风压P按下式计算：

式中：γs为泥浆比重，kg/m3，一般取1.2；h0为混合器沉没深度，m；P为供气管道压力损失，MPa，一般取0.05～0.1MPa。

空压机清孔风压根据清孔深度和混合器深度确定，由于泥浆比重接近1.2kg/cm3，按混合器深度换算为压力，增加0.1～0.2MPa的风压损失即可。如100m清孔深度时，按照40％沉没比，混合器深度为60m，则清孔压力为0.7～0.8MPa，旁多工程最大槽孔深度为158m，最大清孔压力为1.0～1.2MPa，其不同段空压机清孔压力控制见表5.3。

按照上述清孔时所需的最大风压力来确定空压机额定压力，并以此选择设备。100m以上深度槽孔需要的供风量较大，一般采用20m3/s的供风量。

3）清孔时所需风量Q按下式计算：

式中：β为经验系数，一般取2～2.4；d为导管内直径，m；V为导管内混合浆液上返流速，m/min，一般取1.5～2.0m/min。

导管内直径为0.2m时，清孔需要的风量大约为0.2m3/min。

4）排渣管直径。现场试验中，对于ϕ165mm型排渣管和ϕ114mm型排渣管进行了比较，结果表明，ϕ114mm型排渣管出渣能力小，在向下清孔的过程中，由于其管径小，管内流速大，供风排渣时底管晃动严重，经常碰撞孔壁导致管路变形，影响清孔工作正常进行。ϕ165mm型排渣管工作性态较好，适宜于100～200m深防渗墙槽孔使用。

（3）技术要点。

1）清孔换浆结束标准。清孔结束标准按照规范规定执行，清孔换浆结束1h后，槽孔内淤积厚度不大于10cm。使用膨润土时，孔内泥浆密度不大于1.15g/cm3，泥浆黏度（马氏）不小于36s，含砂量不大于6％；但由于100m以上超深防渗墙浇筑准备时间长，一般大于4h，为减少二次清孔的难度，宜控制含砂量不大于3％，孔底淤积厚度不大于50mm。

2）清孔换浆量。由于超深防渗墙槽孔深度大，浇筑时间长，清孔结束后，宜保证槽孔内1/3～1/2的体积换为新浆。

3）槽孔的二次清孔。在一次清孔验收后，由于槽孔较深，下设浇筑导管、灌浆预埋管及一些检测预埋件占用了较长时间，超过了清孔验收后4h内开浇混凝土的规范要求，对于开浇前，泥浆3项指标值如不满足下述标准：黏度不小于36s，密度不大于1.15g/cm3，含砂量不大于3.0，则需进行二次清孔。二次清孔采用气举法在导管中清孔。

4）清孔中事故预防及处理。

a.超深防渗墙清孔时使用的空压机额定风压较大，在送风前首先要调试空压机超过额定风压时是否能够自动卸载；其次要检查送风管路及出浆管路的畅通性，防止管路堵塞后引起风压迅速上升，导致发生管路破裂、脱落等事故。

b.在清孔间歇时，要将排渣管提升5～6m，防止送风停止后浆液堵塞排渣管底部混合器，导致重新起管，延误正常清孔施工。

c.排渣管在槽孔内各孔位间移动时，务必将上部排渣弯管拆掉，再向上提起排渣管7～8m后移动，防止因下部泥浆过稠排渣管底部没有移动，影响清孔效果。

d.清孔时排渣管接近孔底时，要事先控制好排渣管的长度，避免排渣管触到孔底后发生弯曲，影响正常的清孔施工。